一种DC-DC BOOST自充电电路制造技术

本发明专利技术提供了一种DC‑DC BOOST自充电电路，在输压，低压输入或者输入慢上电时，在高侧功率管打开之前为BOOST电容进行充电，确保BOOST有足够的电压能力在LOGIC电路发出打开高侧功率管的逻辑信号时，可以正常打开高侧功率管；DC‑DC处在轻载或者空载状态时，芯片的主要功率损耗为功率管的开关损耗，本发明专利技术在轻载或者空载模式时，芯片内部将进入轻载高效模式，高侧和低侧功率管将不会在每个周期都导通，大大减小了开关损耗，从而有效提升了芯片在轻载或者空载时的效率。

A DC-DC BOOST Self-charging Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种DC-DCBOOST自充电电路
本专利技术涉及电源管理领域，尤其是一种自充电电路。
技术介绍
直流转直流转换芯片(DC-DCconverterchip)具有高集成、高驱动、高效率等优点，DC-DC转换器芯片是电源管理芯片中一个非常重要的功能模块，随着便携式电子产品的广泛应用，对DC-DC的性能也提出了更高的要求：更高集成度、更高效、更好的瞬态响应等等。DC-DC转换器芯片按照输入电压可以分为低压、中高压、高压DC-DC，在非低压的DC-DC中，功率管通常采用双N管的设计方法，即高侧和低侧功率管均采用N型MOSFET。在高侧MOSFET导通时，理想情况下其源端电压接近输入电源电压，因此，高侧MOSFET的栅极电压必须大于电源电压才可以使其导通，且为了更快的导通速度和更高的效率，MOSFET栅极与源极的电压应该设计的足够大，在中高压的应用中，一般将MOSFET的栅源电压设计为5V左右或者更高。但在输出高压且输出空载的条件下，即输出电压为5V或者更高时，DC-DC芯片将可能存在输出无法建立的现象，即输出电压最终无法达到设定值。经研究发现，BOOST电压是由DC-DC内部一个固定的电压通过二极管给连接至BOOST和SW之间的电容充电，而导致以上现象的主要原因是在输入慢上电或者低压输入时，由于在启动阶段，输入和输出电压非常接近，导致BOOST电压无法充电，因此，DC-DC高侧MOSFET的栅源电压太低，无法开启上管，因此，输出能量无法补充，空载时，输出将维持在某个固定但小于正常设定值的状态。为此研究者设计了BOOST自充电电路，即在DC-DC开关变换器的每个开关周期，强制将DC-DC变换器的低侧MOSFET以固定占空比导通，在低侧MOSFET导通时，SW的电压为零电压，BOOST电压小于内部电源电压，在该段时间内内部电源将通过二极管对BOOST电容进行充电。该方法可以很好的解决低压输入或者慢上电时输出无法启动的问题，但由于在每个周期低侧MOSFET都会按照固定的占空比导通，因此在空载或者轻载时，DC-DC的效率极差。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，同时解决低压输入、慢上电时输出无法启动及空载轻载效率差的问题，本专利技术提供了一种DC-DCBOOST自充电电路。该电路可以在输出高压，输入低压或者输入慢上电时为BOOST进行及时充电，且该电路在轻载或者空载时不会每个周期强制打开下管，因此不会在每个周期都存在能量损失，大大提升了DC-DC在空载或者轻载时的效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种DC-DCBOOST自充电电路，包括采样电阻Rs，高侧N型功率管NH，低侧N型功率管NL和Nc，内部电源和基准电路，BOOST充电二极管D1，误差放大器EA，电流采样电路，波形发生器，PWM调制比较器电路，RS锁存器电路，数字逻辑运算电路，电平转换电路，NH管驱动电路，NL管驱动电路，Nc管驱动电路；所述采样电阻Rs的一端连接至输入VIN，采样电阻Rs的另外一端连接至NH管的漏端CSN，Rs通过采样流过NH管的电流，将电流转化为采样电压；所述N型功率管NH的栅极由NH管驱动电路的输出驱动，N型功率管NH的源极接芯片的SW端，当NH导通时，电流由输入VIN流至SW，当NH关断时，VIN流至SW电流通路被阻断；所述N型功率管NL和Nc，NL栅极由NL管驱动电路的输出驱动，NL源极接芯片的GND端，NL漏端接芯片的SW端，Nc栅极由Nc管驱动电路的输出驱动，Nc源极接芯片的GND端，Nc漏端接芯片的SW端，当NL、Nc导通时，将对电感电流进行续流，当NL、Nc关断时，将通过NL、Nc的寄生二极管对电感电流进行续流；所述内部电源和基准电路，对输入电压进行粗调，分别产生三路内部电源VR1、VR2、VR3及内部基准电压VREF；所述BOOST充电二极管D1的阳极接内部电源VR3，阴极接芯片BOOST端，在NH管导通时，VR3将通过D1对BOOST电容进行充电；所述误差放大器EA，正输入端接内部基准电压VREF，负输入端接外部反馈电压VFB，误差放大器EA将VREF和VFB的电压差值放大，输出误差放大电压V_COMP电压；所述电流采样电路COMP_IS，正输入端接输入电压VIN，负输入端接CSN节点，电流采样电路COMP_IS将采样电阻Rs上的采样电压进行放大，输出V_IS电压；所述波形发生器，在电路正常工作时将产生一列方波CLK和一列锯齿波V_SLOPE；所述PWM调制比较器电路PWM_COMP，两个负输入端分别接V_IS和V_SLOPE，正输入端接V_COMP电压，PWM_COMP通过比较正输入的V_COMP电压与负输入端的V_IS和V_SLOPE电压之和，产生调制脉冲V_PWM，当V_COMP大于V_IS与V_SLOPE电压之和时，V_PWM为高电平，当V_COMP小于V_IS与V_SLOPE电压之和时，V_PWM为低电平；所述RS锁存器电路，输入端S接CLK，输入端R接V_PWM，当CLK信号的上升沿到来时，RS锁存器的输出V_RS将被置位，当V_PWM的上升沿到来时，RS锁存器的输出V_RS将被复位；所述数字逻辑运算电路LOGIC，通过对V_RS、CLK信号进行逻辑运算，从输出端Q输出NH管、NL和Nc管的控制信号V_H、V_L和V_C，当V_RS为低时，CLK的下降沿到来时V_H为高，开启NH管；当V_RS为低，CLK上升沿到来时V_C为高，开启Nc管；当CLK为低，V_RS的上升沿到来时V_L为高，将开启NL管；所述电平转换电路，将V_H电压转换至与BOOST为同一水平的逻辑电压VHigh；所述NH管驱动电路将增强VHigh的驱动能力，输出可驱动NH的逻辑信号；所述NL管驱动电路将增强V_L的驱动能力，输出可驱动NL逻辑信号；所述Nc管驱动电路将增强CLK的驱动能力，输出可驱动Nc的逻辑信号。本专利技术的有益效果在于在输压，低压输入或者输入慢上电时可以在高侧功率管打开之前及时的为BOOST电容进行充电，确保BOOST有足够的电压能力在LOGIC电路发出打开高侧功率管的逻辑信号时，可以正常打开高侧功率管；DC-DC处在轻载或者空载状态时，芯片的主要功率损耗为功率管的开关损耗，本专利技术提供的一种DC-DCBOOST自充电电路在轻载或者空载模式时，芯片内部将进入轻载高效模式，高侧和低侧功率管将不会在每个周期都导通，大大减小了开关损耗，从而有效提升了芯片在轻载或者空载时的效率。附图说明图1为本专利技术控制电路实施例的方框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，一种DC-DCBOOST自充电电路，包括采样电阻Rs，高侧N型功率管NH，低侧N型功率管NL和Nc，内部电源和基准电路Regulator&Reference，BOOST充电二极管D1，误差放大器EA，电流采样电路COMP_IS，波形发生器WaveformGenerator，PWM调制比较器电路PWM_COMP，RS锁存器电路，数字逻辑运算电路LOGIC，电平转换电路LevelShift，NH管驱动电路Buffer_H，NL管驱动电路Buffer_L，Nc管驱动电路Buffer_C；所述采样电阻Rs的一端连接至输入VIN，采样电阻R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC‑DC BOOST自充电电路，包括采样电阻Rs，高侧N型功率管NH，低侧N型功率管NL和Nc，内部电源和基准电路，BOOST充电二极管D1，误差放大器EA，电流采样电路，波形发生器，PWM调制比较器电路，RS锁存器电路，数字逻辑运算电路，电平转换电路，NH管驱动电路，NL管驱动电路，Nc管驱动电路，其特征在于：所述DC‑DC BOOST自充电电路，采样电阻Rs的一端连接至输入VIN，采样电阻Rs的另外一端连接至NH管的漏端CSN，Rs通过采样流过NH管的电流，将电流转化为采样电压；所述N型功率管NH的栅极由NH管驱动电路的输出驱动，N型功率管NH的源极接芯片的SW端，当NH导通时，电流由输入VIN流至SW，当NH关断时，VIN流至SW电流通路被阻断；所述N型功率管NL和Nc，NL栅极由NL管驱动电路的输出驱动，NL源极接芯片的GND端，NL漏端接芯片的SW端，Nc栅极由Nc管驱动电路的输出驱动，Nc源极接芯片的GND端，Nc漏端接芯片的SW端，当NL、Nc导通时，将对电感电流进行续流，当NL、Nc关断时，将通过NL、Nc的寄生二极管对电感电流进行续流；所述内部电源和基准电路，对输入电压进行粗调，分别产生三路内部电源VR1、VR2、VR3及内部基准电压VREF；所述BOOST充电二极管D1的阳极接内部电源VR3，阴极接芯片BOOST端，在NH管导通时，VR3将通过D1对BOOST电容进行充电；所述误差放大器EA，正输入端接内部基准电压VREF，负输入端接外部反馈电压VFB，误差放大器EA将VREF和VFB的电压差值放大，输出误差放大电压V_COMP电压；所述电流采样电路COMP_IS，正输入端接输入电压VIN，负输入端接CSN节点，电流采样电路COMP_IS将采样电阻Rs上的采样电压进行放大，输出V_IS电压；所述波形发生器，在电路正常工作时将产生一列方波CLK和一列锯齿波V_SLOPE；所述PWM调制比较器电路PWM_COMP，两个负输入端分别接V_IS和V_SLOPE，正输入端接V_COMP电压，PWM_COMP通过比较正输入的V_COMP电压与负输入端的V_IS和V_SLOPE电压之和，产生调制脉冲V_PWM，当V_COMP大于V_IS与V_SLOPE电压之和时，V_PWM为高电平，当V_COMP小于V_IS与V_SLOPE电压之和时，V_PWM为低电平；所述RS锁存器电路，输入端S接CLK，输入端R接V_PWM，当CLK信号的上升沿到来时，RS锁存器的输出V_RS将被置位，当V_PWM的上升沿到来时，RS锁存器的输出V_RS将被复位；所述数字逻辑运算电路LOGIC，通过对V_RS、CLK信号进行逻辑运算，从输出端Q输出NH管、NL和Nc管的控制信号V_H、V_L和V_C，当V_RS为低时，CLK的下降沿到来时V_H为高，开启NH管；当V_RS为低，CLK上升沿到来时V_C为高，开启Nc管；当CLK为低，V_RS的上升沿到来时V_L为高，将开启NL管；所述电平转换电路，将V_H电压转换至与BOOST为同一水平的逻辑电压VHigh；所述NH管驱动电路将增强VHigh的驱动能力，输出可驱动NH的逻辑信号；所述NL管驱动电路将增强V_L的驱动能力，输出可驱动NL逻辑信号；所述Nc管驱动电路将增强CLK的驱动能力，输出可驱动Nc的逻辑信号。...

【技术特征摘要】
1.一种DC-DCBOOST自充电电路，包括采样电阻Rs，高侧N型功率管NH，低侧N型功率管NL和Nc，内部电源和基准电路，BOOST充电二极管D1，误差放大器EA，电流采样电路，波形发生器，PWM调制比较器电路，RS锁存器电路，数字逻辑运算电路，电平转换电路，NH管驱动电路，NL管驱动电路，Nc管驱动电路，其特征在于：所述DC-DCBOOST自充电电路，采样电阻Rs的一端连接至输入VIN，采样电阻Rs的另外一端连接至NH管的漏端CSN，Rs通过采样流过NH管的电流，将电流转化为采样电压；所述N型功率管NH的栅极由NH管驱动电路的输出驱动，N型功率管NH的源极接芯片的SW端，当NH导通时，电流由输入VIN流至SW，当NH关断时，VIN流至SW电流通路被阻断；所述N型功率管NL和Nc，NL栅极由NL管驱动电路的输出驱动，NL源极接芯片的GND端，NL漏端接芯片的SW端，Nc栅极由Nc管驱动电路的输出驱动，Nc源极接芯片的GND端，Nc漏端接芯片的SW端，当NL、Nc导通时，将对电感电流进行续流，当NL、Nc关断时，将通过NL、Nc的寄生二极管对电感电流进行续流；所述内部电源和基准电路，对输入电压进行粗调，分别产生三路内部电源VR1、VR2、VR3及内部基准电压VREF；所述BOOST充电二极管D1的阳极接内部电源VR3，阴极接芯片BOOST端，在NH管导通时，VR3将通过D1对BOOST电容进行充电；所述误差放大器EA，正输入端接内部基准电压VREF，负输入端接外部反馈电压VFB，误差放大器EA将VREF和VFB的电压差值放大，输出误差放大电压V_COMP电压；所述电流采样电...

【专利技术属性】
技术研发人员：方建平，石鹏举，薛永强，
申请(专利权)人：西安拓尔微电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61